DE7331373U - Gleichgang-Universalgelenk des Tripod-Typs - Google Patents

Description

DH. ING. F. WTTESTHOFF

DH.E.T.PBOHMANN
DR. XNO. D. BEHRENS
DIFI^ ING, R. GOETi

PATKHTANWiLTI

Beschreibung

Wahlmark Systems, Inc.
Chicago, Illinois / USA

betreffend

Gleichgang-Universalgelenk
des Tripod-Typs

Die Erfindung betrifft ein Gleichgang-Univcrsalgcienk des Tripod-Typs mit in axialen Führungsflächcn schwenkbar und vorzugsweise axial verschiebbar geführten Mitnehmerrollcn. die auf den Zapfen des Tripod drehbar gelagert sind.

Bei einem bekannten GleichgunglJnivcrsalgclcnk dicsci rt (US-PS 34 90 25i) sind die rviiinehmerrollen außer ihrer drehbaren Anordnung aiii den Zapf cm noch auf diesen in Achsrichtung der Zapfen, d. h. quer /ur Achse des die Zapfen tragenden Gelcnktcilcs verschicblich angeordnet, um unerwünschtes »Taumeln« zu vermeiden. Die in der Drehung der Rollen überlagerte Verschicbeb. wcgung in Achsrichtung der Zapfen führt /ti Schwierigkeiten bei großer werdendem, /u übertragendem Drehmoment und bei größer werdenden Bciigcwinkcln. lerner müssen bei der bckannicn Konstruktion die äußeren Umfangsflachcn der Milnchmcrrollcn ballig ausgebildet werden, um die Bcugcwinkelbcweglichkcit zu ermöglichen

Dtr Erfindung liegt die Aufhübe /ugruntle. ein Glcichgang-llnivcrsalgelcnk der cinjMiiys beschriebenen Art so auszubilden, daß die genannten N,i<hicilc des bekannten Gelenkes vermieden weiden Hier, υ isi gemäß der [Erfindung vorgesehen. cl.ilJ jede Mitnehmerrolle gegenüber dem Tripod »llseitrj schwenkbar und in unveränderlichem Abstand von dct Kupplungsachsc angeordnet i»l.

Es hat sich gezeigt, daß bei einem so gestalteten Gieichgang-Univcrsalgclenk eine nxialc Verschiebung der Mitnehmerrollen ayf den Zapfen nicht vorgesehen zu werden braucht. Die Taumelbewegung des einen Gelcnkteils gegenüber dem andeien Gclcnktcil wird bei dem neuen Gelenk dadurch aufgenommen, daß sich die Milnchmcrrollcn /rci in den Führungsflachcn des anderen Gclcnkiciles verschieben, und /war überraschenderweise mit einer reinen Abwnl/bcwegung ohne Gleiten der Mitnchmcrrollcn in den Führungsflachcn.

Bei Beugung der Gclcnktcilc relativ zueinander im Betrieb gestattet die erfindungsgemäDtc Lagerung ein allseitiges Schwenken der Mitnehmerrolle derart, daß die Wäl'flächen der Mitnehmer rollen stets an den zu· gehörigen Führungsflächen abrollen k. nen. Die Wälzflächcn lassen sich auf Grund dieser allseitigen Schwenkbarkeil der Milnehmerrollcn zylindrisch ausbilden. Diese Ausbildung der Mitnehmcrrollen in Verbindung mit ihrer anialen un^uerschicblichcn Anordnung

•ο auf den Zapfen bringt eine konstruktive Vereinfachung mit sich.

Da* Gleichgang-Universalgelenk gemäß der Erfindung ermöglicht einen Antrieb mit exaktem Gleichgang und einem Minimi:..· an Reibung. Auf Grund des einfachen Aufbaus sind die Hcrstcllkosten niedrig. Gleich/eilig ist das. übertragbare Drehmoment erhöht. Das Gleichgjng-Univcrsalgelenk gemäß der Erfindung ermöglicht einen grolien Bcugcwinkcl. Schließlich ist die zulässige Axialverschiebung der Gclcnktcilc iciativ zueinander fur eine (,cgcbcne Gelenkkurve chöht Dies ist von besonderem Von I bei Anwendung des Gelenkes bei KrahfahrzcugantrioHcn, bei denen sich der Abstand zwischen den getriebenen hadern und dem Getriebe mil dem Ein- und Ausfedern 1er Kader verändert. Besonders vorteilhaft ist in diesem Zusammcr.;.ang eine Kombination des erfindungsgcmallrn Gleschgang-Univcrsalgelenkcs mit einem Fcsijiclcnk. Bei einer solchen Anordnung kann die Axialverschiebung ohne axiale Belastung und ohne Beeinflussung der Masse eines vom axial vcrschicbbaicn Gelenk angetriebenen Elementes erfolgen. Insbesondere ubt*^rwindet diese Anordnung die Nachteile bekannter Vorderrad-Antriebe für Kraftfahrzeuge, bei denen die Mitnehmcrrollen bei A«iijlbcwegung einen veränderlichen Axialdruck überwinden musscn und bei denen die Masse der die Mitnehmcrrollen tragenden Elemente und der zugehörigen Bauteile die ungefederte Masse der angetriebenen Rader unvorteilhaft vcrgröP-ert.
In den Unieranspruchcn ist die spezielle Ausbildung und Anordnung der Lagerung der Milnehmerrollen angegeben.

Dii Erfindung ist im folgenden an Hand schcinatischer Zeichnungen mehrerer Ausführungsbeispiclc näher erläutert. Es /cigl

F i g. I eine teilweise perspektivische Seitenansicht einer Ausbildungsform mit Axialverschiebung des GlcichjMMg-Uiiivcrs.ilgeleiikcs nach der Erlindung.

i·· 1 g. 2 cmc teilweise perspektivische Seitenansicht in autcinandcrgc/ogcncr Darstellung des in F i g. 1 ge-

jo zeigten Glcichgang-lI'Mvcrsalgclcnkcs.

F 1 g. J einen Längsschnitt, in vergrößertem Maßslab. Ia¹VSdCr Linie J-1 in I- 1 g. I.
K i g. 1 eine (Jucrschnitlsansichi längs der Linie 4-4 in

I·"' 8- J.

S5 F ι g. 5 cmc F i g. J jhnhchc l.ar.gsschniitansichi mil einer Darstellung einer weiteren Ausbildungsform eines die Milnehmerrollen nvt ihren jeweiligen Zupfen verbindenden Umvcrsallngcrs (allseitig beweglichen Lagers), wobei d.i.s Universalgelenk in beliebiger Rich lung um 60" geschwenkt gezeichnet hi, so daß sich eine der Miinchntcrrnllcn entgegen der Darsteliung in

Fig. 3 nicht in der oberen, sondern entsprechend der Zeichnung in de r unteren Stellung befindet, F ι g. 6 cmc Querschnittsansicht längs der Linie 6-6 in

ftJ F i g. 5.

F i g. 7 einen Schnitt durch eine Mitnchmcrrollc mit einer Darstellung einer weiteren Ausbildungsform eines die Mitnehnierrollcn mit ihren jeweiligen Zapfen

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verbindenden Lagers,

I⁷ i g. 8 eine perspektivische Ansicht, in vergrößertem Maßstab, der Kugeln und des Kiiiiglcils des iri Γ i g. 7 gezeigten Lagers,

F i g. 9 eine Qucrschnitlsansicht einer Ausbildungs· $ form ohne Axialverschiebung des Glcichgang-Univcrsalgelcnkes nach der Erfindung bei einem Gclcnkanstellwinkel von 0", mit einer Darstellung einer weiteren

Metall, beispielsweise aus Schmiedestahl hergestellt sind. Wenngleich die beiden Teile 26 und 28 bei Bedarf einstückig ausgebildet sein könnten, sind sie zur bequemeren Fertigung gesondert hergestellt und nachfolgend mit einer Schweißverbindung 30 miteinander verbunden.

Die Welle 26 des Gelenkinncnteils 22 weist ein einstückiges ViclkeilwcllcnstUck 32 mit einem daran sich

jeweiligen Zaplcn verbindenden Lagers, to

Fig. IO einen Längsschnitt längs der Linie 10-10 in F i g. 9. jedoch bei einem Gclenkanstellwinkcl von etwa 20°.

F i g. 11 einen Schnitt längs der Linie Uli in F i g. 9 zur weiteren Erläuterung der in F i g. 9 gezeigten Lagcr-Ausbildungsform.

Fig. 12 eine vereinfachte Strichzeichnung zur Verdeutlichung des Kreises oder Taumeins eines der Gclenkteile gegenüber dem anderen bei Drehung des Universalgelenkes mit Winkclvcrlagcrung der Achsen der Gelenkteile.

F i g. 13 eine vereinfachte Strichzeichnung mit Blickrichtung von der Linie 13-13 in Fi g. 12 aus. zur weiteren Erläuterung der Kreisbewegung.

Fig. 14 eine Reihe von Diagrammen zur Verdcutlichung des Verlaufs der Rollenbahn, die eine der Mitnehmerrollen bei Drehung des Gelenke* unter drei verschiedenen Gclcnkansiellwinkeln an einer Wand einer dor I iihrunpsbahnen beschreibt.

I ' ε Γ> eine vereinfachte Draufsicht auf pin Vorderr.id \ninebssy<uem fur ein Kraftfahrzeug mit Gleichgang- Universalgelcnkcii nach der Erfindung, in welcher außerdem eine verbesserte Ausbildungsform von Universalgelenken für Vorderrad-Antriebssysteme dargestellt ist,

Fig. 16 eine vereinfachte Ansicht von vorn des in F i g. 15 gezeigten Vorderrad-Antriebssystems.

Fig. 17 eine Tcilansicht, im Schnitt und in vergrößertem Maßstab, im wesentlichen längs der Linie 17-17 in Fig. 15 mit weiteren Einzelheiten der Univcrsalgclenke zur Verdeutlichung der Anordnung zum Aufheben von Axialkräftcn und zum Verringern der ungefederten Masse im Vorderrad-Antriebssystem, und

Fig 18 eine F i g. 17 ähnliche Teilansicht im Schnitt eines herkömmlichen Vorderrad-Antriebsystems in normaler und maximal eingefederter Stellung, zur Verdeutlichung der sich aus den Axialkräftcn und dem ungefederten Gewicht ergebenden Probleme

Das in F1 g. 1 bis 4 dargestellte Glerchgang-Universalgelenk ist in seiner Gesamtheit mn 20 bezeichnet SO und weist zwei llaupttcile auf. namliih cm /apfenteil (Gelenkinnenteil) 22 mit einer Drehachse A' und cm Führungsbahnenteil (Gclenkaußcnteil) 24 mn einer Drehachse Y. Gelenkinnenteil 22 und Cclcnkaußentcil 24 sind als treibendes und getriebenes Klenicnt des Gelenkes gegenseitig austauschbar

In der nachstehenden Beschreibung und den beigefügten Patentansprüchen wird unter »Gclenkanstell winkel« der Winkel verstanden, den die Achse des Gelenkinnenteils mit der Achse des GclcnkauOcnteils bil- to del. »Ebene des Gelenkes« oder »Gclenkebene« bezeichnet die Ebene, die die Achsen X und V des Gelenkinnenteils und des GelenkauBenteils bestimmen, wenn sie unter einem beliebiger., von 0° verschiedenen Gelenkanstellwinkel angeordnet sind.

Wie aus F i g. I bis 4 zr erkennen, weist das Gelenkinnenteil 22 des Gelenkei 20 einen Schaftteil (Welle) 26 und einen Zapfenträger 28 auf, die beide aus zähem CicwinUccndstuck J4 auf. mn dem sien die Verbindung zu einem Gegenstück einer Vorrichtung herstellen läßt, wie sie beispielsweise in Fig. 15 bis 17 gezeigt ist, an die das Gelenk 20 im Betrieb anschließbar ist.

Das GclcnkauUcntcil 24 weist einen Führungsbahnträger 36 und eine Welle 38 auf. Diese beiden Elemente sind mit ineinander eingreifenden ^iclkeiiprofilcn 40 und einem herkömmlichen Haltering 42 starr miteinander verbunden. Die Welle 38 kann in beliebiger Weise in ein anderes Gegenstück der beispielsweise in F i g. 15 bis 17 dargestellten Vorrichtung angeschlossen sein, mit der das Gelenk verwendbar ist.

Die gegenseitige Gleichgang-Anlriebsverbindung zwischen dem Gelenkinnenlcil 22 und dem Gclenkau-Dcntcil 24 ist mit drei Miinchmerrollen 44 erzielt, die vom tjctenkinnenteil getragen sind und mit entsprechenden, im Gclcnkaiißcnicil ausgebildeten Führungskanalen oder Führungsbahnen 46 in Eingriff stehen.

Jede Mitnehmerrollc 44 weist eine ringförmige Gestalt auf u.id besitzt eine im wesentlichen zylindrische Außcnumfangsflachc 48 und eine icilkugcligc Innenfläche SO. Der Mittelpunkt der sphärischen Innenfläche 50 liegt auf der Zylinderachse der zylindrischen Außenfläche 48. in der Mille zwischen parallelen ringförmigen Stirnflächen 52. Die Miinehmcrrollen 44 sind aus einem zähen Metall, beispielsweise cus hochwertigem Stahl hergestellt, der gehärtet oder oberflächengehärtet ist, um den zylindrischen Außenflächen 48 und den sphärischen Innenflächen 50 beständige, verschleißfeste Eigenschaften zu verleihen.

Die Mitnchmcrrollen 44 sind drehbar und allseitig schwenkbar mit zusammengesetzten Lageranordnungen 56 an drei vom Gelenkinnenteil 22 getragenen Zapfen 54 aufgenommen. Wenngleich die Zapfen miteinander gleich ausgebildet und als Gruppe mit 54 bezeichnet sind, sind sie zum leichteren Verständnis der nachfolgend beschriebenen Arbeitsweise des Selenkes einzeln mit 54a. 54ft und 54c bezeichnet (F i g. 3 und 4). Die Zapfen 54 sind ebenfalls aus einem zähen Metall, beispielsweise aus hochwenigem Stahl, hergestellt und weisen jeweils eine /> lindfische Stützfläche 58 auf. die gehärtet oder obcrflächcngchärtct ist. Die Zapfen könnten zwar gesondert hergestellt und am Gelenkinnenlcil 22 gesondert befestigt scm. Zur Erzielung zusätzlicher mechanischer Festigkeit und Stabilität sind sie aber beim gezeigten Beispiel als einstückige Endteile eines dreifingrigen sternförmigen Körpers 60 ausgebildet. Die Übergänge zwischen den Zapfen 54 und dem sternförmigen Körper 60 sind durch ringförmige Flansche 62 gebildet, die als Anschläge für die zusammengesetzten Lageranordnungen 56 dienen.

An ihrer in radialer Richtung nach außen weisenden Enden sind die Zapfen 54 starr mil Kopfschrauben 66 an drei in axialer Richtung sich erstreckenden Fingern oder Ansätzen 64 angeschlossen, die als einstückige Verlängerungen des Zapfenträgers 28 ausgebildet sind. Die Kopf schrauben 66 sind in Gewindelocher 68 eingeschraubt, welche längs der Achsen der Zapfen in radialer Richtung nach innen gehen. Die Kopfschrauben 66

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weisen einen kegclstumpfförmigcn Kopf auf, der in ein dazu passendes konische.« Loch 69 eindringt, welches im fingerähnhehen Ansatz 64 ausgebildet ist.

Zu jeder der zusammengesetzten Lagcranordnungcn 56 gehört ein inneres Wälz-Nadcllagcr 70 mit- einer Vielzahl von Lagcrnadcln 72 sowie ein äußeres sphärisches Gleitlager 74. Die beiden Lager 70 und 74 jeder zusammengesetzten Lageranordnung 56 sind durch einen ringförmigen Stützkörper 56 voneinander getrennt, dessen zylindrische inncriiiauic 7ö uic auucic Laufbahn des Nadellagers 70 bildet. Als innere Laufbahn jedes Nadellagers 70 dient die zylindrische Stützfläche 58 jedes Zapfens 54. Jeder Stützkörper 76 ist zwischen dem entsprechenden Ansatz 64 und den ringförmigen Flanschen 62 mit engem Laufsitz angeordnet, so daß jeder Stützkörpcr reibungsarm (in Art eines Wälzlagers) am zugehörigen Nadellager 70 drehbar abgestützt ist.

Jedes der sphärischen Gleitlager 74 weist drei teilkugelige (kugelscgmentförmigc) Bronzekörper 80 auf, die ao mit der in radialer Richtung nach außen weisenden Fläche des ringförmigen Stützkörpcrs 76 starr verbunden und mit komplementären, tcilkugeligen Außenflächen ausgebildet sind, die eine teilkugcligc Glcitlagcrflächc 82 bilden, welche sich mit engem Glcitsitz gleitend in Art eines Gleitlagers an der teilkugcligcn Innenfläche 50 der zugehörigen Mitnehmerrolle 44 abstützt.

Daraus ergibt sich, daß jede Mitnchmcrrolle 44 mit _i|i;| ,der zusammengesetzten Lageranordnung 56 drehbar in

■ eiher tip.veräp.derüchen axialen Stellung am zugehört_ri I gen Zapfen 54 angebracht ist und daß jede Mitnehmerroüe gleichzeitig auch ahscit'g schwenkbar in dieser Lage gehalten ist. Da die Außenflächen 48 der Mitnchmcrrollen zylindrisch sind, ist die allseitig bewegliche Anordnung der Mitnehmerrollen nötig, um bei Drchung des Gelenkes mit winkelverlagertcn Achsen die relative Taumel- oder Kreisbewegung der Achsen X und Y aufzunehmen.

Zur Vervollständigung der Gleichgang-Antriebsvcrbindung zwischen dem Gclenkinnenteil 22 und dem Gelenkaußenleil 24 sind die Führungsbahnen 46 des Gelenkaußenteils jeweils von zwei ebenen parallelen Führungsflächen 84 gebildet, die mit großer Genauigkeit hergestellt und mit solchem Zwischenabstand angeordnet sind, daß sie die jeweilige Mitnehmerrollc 44 mit einem sehr leichten Laufsitz eng umschließen. Demgemäß liegt jede Mitnehmerrolle 44 mit ihrer zylindrischen Außenfläche 48 in einem gegebenen Zeitpunkt nur an einer der Führungsflächen 84 der Fuhrungsbahnen aa Die beiden zueinander parallelen Ffih- s» rungsflächen 84 der Führungsbahnen liegen ebenfalls parallel zur Längsachse Vdes Gelenkaußenteils 24, und jede der beiden parallelen Kühningsflächen hat von der Achse des Gelenkaußenteils gleichen Absland. Die Führungsbahnen sind mil einem Winkelabstand von 120° entsprechend dem Winkclabstand der Zapfen 54 des Gelenkinnenteils 22 angeordnet.

Die Führungsflächen 84 der Führungsbahnen sind auch als paarweise aneinander anschließende Rachen von drei mit überwiegender Längsausdehnung einstük- te kig mit dem Führungsbahnträger 36 des Gelenkaußenteils 24 hergestellten, frei tragenden Mitnehmerannen 86 ausgebildet Der Werkstoff des Führungsbahnträgers 36 ist zähes Metall, beispielsweise hochweniger Stahl, wo erforderlich gehärtet oder obcrflächengehar· *3 let. um dem Gleichgang Gelenk 20. die für einwandfreies Arbeiten und gute DrchmomcrMbelastbarleca erforderliche mechanische Festigkeit. Starrheit und Stabilität sowie Verschleißfestigkeit zu verleihen.

Um eine allgemeine Vorstellung von der Größe und Drchmomcntbclastburkcil einer bestimmten Ausbildungsform des in F i g. I bis 4 dargestellten Gleichgang-Gelenkes 20 zu geben, seien folgende Angaben gemacht. Das gezeigte Gelenk kann mit einem Außendurchmesser von etwa 111 mm beim Gelcnkinncnteil ausgeführt sein. Die Abmessungen der übrigen Bauteile sind im angemessenen Verhältnis hierzu gewählt. Bci-

üclcnkauücntciis 24 etwa iÖ5 mm betragen. Die Mitnehmcrrollcn können einen Durchmesser von etwa 5 mm bei einer Breite von etwa 16 mm aufweisen. Um die Herstellung zu erleichtern, können die im wesentlichen zylindrischen Übertragungswagen (Außenflächen) 48 der Mitnehmcrrollcn 44 um etwa 0,025 mrn leicht ballig ausgeführt sein, d. h. der Durchmesser ist in der Mitte um etwa 0,025 mm größer als an den Randern. Der für Hcrstcllungszwccke und zur Erzielung eines einwandfreien Laufes richtige Laufsitz kann dadurch erzielt sein, daß die zwei sich gegenüberliegenden Führungsflächen 84 der Führungsbahn mit einem Zwischcnabstand angeordnet sind, der um etwa 0,025 mm oder, wenn zulässig, um einen höheren Betrag größer ist als der maximale Mittendurchmesser der Mitnchmcrrollen 44.

Bei einem derart konstruierten Gelenk ist zwischen den Achsen X und Y der Gclcnktcilc ein zwischen 0° und etwa 50° stufenlos veränderbarer Gelenkansteil· winkei möglich. Bei dem in F i g. 3 und 4 gezeigten Beispiel beträgt der Gclcnkanstcllwinkel etwa 37°. Das betrachtete Ausführungsbeispiel vermag bei beliebigem Gclcnkanstcllwinkcl innerhalb des angegebenen Bereiches ein Drehmoment von etwa 392 kpm gleichförmig zu übertragen.

Ein Gleichgang-Universalgclcnk 20 der angegebenen Größe und Leistung ist beispielsweise als äußeres, die Lenkbewegungen mitmachendes Gelenk eines Kraftfahrzeug-Vordcrrad-Antriebsyste.-ns verwendbar, wie es in Verbindung mit F i g. 15 bis 17 beschrieben ist. Ein derartiges Gelenk wäre hinsichtlich Größe. Leistung und Drehwinkel für ein großes starkmotoriges Automobil mehr als ausreichend.

F i g. 5 und 6 zeigen ein Glcichgang-Universalgelcnk 204. das in jeder Hinsicht dem Glcichgang-Universalgelcnk 20 entsprechend Fig.3 und 4 gleicht, ausgenommen daß zur drehbaren und allseitig kippbaren Anbringung der Mitnchmcrrollen 44 an den Zapfen 54 eine weitere Ausbildungsform der Lageranordnung gewählt ist. Bei Berücksichtigung der Lage der Zapfen 54 ist ebenfalls zu erkennen, daß das Gelenk in F i g. 6 gegenüber der in F i g. 4 angegebenen Stellung um 60° im Uhrzeigersinn geschwenkt gezeichnet ist.

Wie in F i g. 5 und 6 zu erkennen, sind zur drehbaren und allseitig kippbaren Anbringung der Mitnehmerrollen 44 an den Zapfen 54 an Stelle der zusammengesetzten Lageranordnungen 56 des in F i g. 3 und 4 dargestellten Ausfuhrungsbcispicls zusammengesetzte Lagcranordnungcn 96 verwendet, von denen jede eine Vielzahl von tonnenförmigen Roiien oder Nadeln 98 aufweist, die in einer ringförmigen Nut 100 aufgenommen sind, welche in einer starr mit dem Zapfen 54 verbundenen inneren Lagcrlaufbahn 102 ausgebildet ist Die ringförmige Nut 100 bildet die innere Laufbahn der Lageranordnung 96. während als äußere Laufbahn die teilkugcligc Innenfläche 50 der Mitnchmerroiie 44 dient. Die tonnenförmigen Rollen 98 sind in den Nuten mit ringförmigen Schultern 104 gehalten, weiche die

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Seitenkanten der Nuten bilden und voneinander einen Abstand haben, der wenig größer ist als die Länge der Rollen 98, um einen Laufsitz zu erzielen.

Die Umfange (Außenflächen) der tonncnförmigen Rollen 98 sind in Querschnittsansicht so gewählt, daß sie exakt an die teilkugeligin Innenflächen 50 der Mitnehmerrollen 44 angepaßt sind, ausgenommen eine sehr geringe (nicht gezeichnete) Balligkeit, wie sie bei

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im. Die Rollen SS »iml w-iieiltin an die !'lache der ringförmigen Nut 100 der inneren Laufbahn 102 angepaßt, auch hier mit Ausnahme einer von der Gestalt der Laufbahn abweichenden sehr geringen Balligkeit der Rollen.

Die Mitnehmerrollen 44 sind daher über die tonnenförmigen Rollen 98 der Lageranordnung SS drehbar und reibungsarm (in Art eines Wälzlagers) abgestützt. Gleichzeitig sind die Milnehmerrollcn 44 an der Lageranordnung allseitig kippbar aufgenommen. Die allseitige Kippbewegung erfolgt unter geringer Reibung (in Art eines Wälzlagers), weil der zur Aufnahme des maximalen Gelenkanstellwinkels erforderliche Grad der allseitigen Neigung der Mitnehmerrollen 44 sehr klein ist und bei einem Gelenk mit den ungefähren Abmessungen wie zuvor beschrieben weniger als 4° beträgt. 2s Bei dieser geringen Schrägstellung dreht die Mitnehmerrolle lediglich um etwa eine Viertelumdrehung in einer Richtung. Da die leichte, allseitige Schrägstellung der Mitnehmerrollen 44 erfolgt, wenn diese und auch die tonnenförmigen Rollen 98 drehen, wird die Kippbcwegung durch reibungsarmes Abrollen (Abrollen der Wälzlagerung) aufgenommen.

Eine überschlägige Berechnung zeigt, daß die Belastbarkeit der zusammengesetzten Lageranordnung 96 mit der der zusammengesetzten Lageranordnung 56 3s des Ausfuhrungsbeispiels entsprechend F i g. 3 und 4 vergleichbar ist.

In F i g. 7 und 8 ist eine weitern Ausbildungsform einer zusammengesetzten Lageranordnung 106 zur drehbaren und allseitig kippbaren Abstützung der Mitnehmerrollen 44 an den Zapfen 54 dargestellt. Die Lageranordnung dieses Beispiels weist eine Vielzahl von Wälzlagerkugeln 108 auf, die mit geringem Zwischenabstand in einer ringförmigen Nut UO mit sphärischer Außenfläche angeordnet sind, welche in der Außenfläche eines ringförmigen Stützkörpers 112 ausgebildet ist. Die ringförmige Nut 110 bildet die innere Laufbahn für die Lagerkugeln 108. während als äußere Laufbahn die teilkugelige Innenfläche SO der Mitnehmerrolle 44 dient.

Um den Zwischenabstand zwischen den Lagerkugeln 108 beizubehalten, ist mit Zwischenabstand zu den teil-Vgeligen Stützflächen 50 und 110 ein ringförmiger Kugelkäfig f 14 angeordnet. Dieser weist eine Vielzahl von im wesentlichen kreisrunden Aussparungen 116 auf, deren Durchmesser etwas größer ist als der der Wälzlagerkugeln 108 und die in vier kreisrunden Bahnen um den Außertufniang des Kugclkäfigs herum mit Zwischenabstand ausgeb'Me· «>"d Die Kugeln 108 einander benachbarter Reihen sind, wie gezeigt, gegeneinander versetzt, um die größtmögliche Anzahl von Lagerkugeln unterbringen zu könr.tn.

Zur Vervollständigung der zusammengesetzten Lageranordnung f06 können zwei ringförmige, geteilte Federringe 118 in zwei mit entsprechender Gestalt an gegenüberliegenden Rändern der tetlkug< ligen Fläche 50 ausgebildete Nuten eingesetzt sein. Die Federringe 118 dienen dazu, ein Überfahren der Endstellung beim

allseiligen Kippen der Mitnchmerrollcn 44 zu verhindern. Sie wirken weiterhin als Zentriervorrichtung für den. Kugelkäfig 114, da die in den äußeren Reihen angeordneten Lagerkugeln IOC die Federringe nicht überfahren können. Die Federringe stellen somit ein sehr einfaches, jedoch wirksames Mittel dar, mit dem sich ein Überfahren einer Endstcllung durch den Kugelkäfig 114 und durch die gesamte Lageranordnung 106 verhiniiprn IR

Wenn an Stelle der Lagcranordnungcn 55 cntsprc chcnd F i g. 3 und 4 oder der Lagcranordnungen 96 entsprechend F i g. 5 und 6 verwendet, nehmen die in F i g. 7 und 8 gezeigten Lagcranordnungen reibungsarmes Drehen (Drehung in der Wälzlagcrung) und allseitiges Kippen der Mitnehinerrollen 44 gegenüber den Zupfen 54 vollständig auf. Wenngleich sich aus einer übcrschlagigen Berechnung ergibt, daß die Lageranordnungen 106 eine geringere Drehmomentbelastbarkeit aufweisen als die übrigen Lagcrausbildungsformen, so ist die Kugellageranordnung 106 in idealer Weise zur Verwendung mit einem Gleichgang-Gelenk geeignet, von dem keine ebenso große Drehmomentbelastbarkeit verlangt wird, bei dem es jedoch auf eine weitestgehendc Verringerung der Reibung ankom.it.

In einigen Anwcndungsfiillen auf dem Gebiet des Maschinenbaues wird ein Universalgelenk benötigt, bei dem zwischen den Gelenkteilen keine Axialverschiebung vorgesehen ist. Dies trifft beispielsweise für den Fall zu, wo zwei Universalgelenke hintereinander angeordnet sind, wobei das eine der Gcienke mit Axialverschiebung arbeitet, während das andere so ausgebildet ist, dall Axialverv icbung zwischen den Geienkteilen verhindert ist. : ^em anderen Anwendungsbeispiel werden zwei Gelenke ohne Axialverschiebung hintereinander angeordnet, wobei eine etwa geforderte Axialverschiebung zwischen den Gelenken in einer beliebigen anderen Vorrichtung, beispielsweise in einem herkömmlichen (nicht gezeichneten) Schiebe-Vielkeilprofil vorgesehen ist.

Bei dem in F i g. 9 und 10 dargestellten Ausführungsbeispiel eines Drei-Rollen-Gleichgang-Universalgelenkes handelt es sich um ein Gelenk ohne Axialverschiebung, das mit besonderem Vorteil beispielsweise als eines von zwei Gelenken verwendbar ist, die in einem Kraftfahrzeug mit Vorderradantrieb an einer Fahrzeugseite angeordnet sind (Fig. 15 bis 17). Das Gleichgang-Gelenk dieses Ausführungsbeispiels ist in seiner Gesamtheit mit 120 bezeichnet und weist ein Gelenkinnenteil 122 und ein Gelenkaußenteil 124 auf.

Zum Gelenkinnenteil 122 gehört eine Welle 126 und ein Zapfenträger 128. der mit der Welle beispielsweise durch einstückige Ausbildung oder mit Vielkeilprofil und Federring (F i g. 10) starr verbunden ist.

Das Gelciikaußenteil 124 des Gelenkes 120 weist einen Führungsbahniräger 136 und eine Welle 138 auf. Beide Elemente sind beispielsweise durch einstückige Ausbildung oder durch Flansch und Kopfschraube starr nv'einander verbunden.

Wie bei den Univcrsalgelenken 20 und 2OA der weiter oben beschriebenen Ausführ ingsbeispiele ist die Gieichgang-Antriebsverbindung zwischen dem Gelenkinnentei! 122 und dem Gelenkaußenteil 124 mit drii Mimehmerroüen 144 hergestellt, die in drei einsprechende, im Gelenkaußenteil 124 ausgebildete Ftihningskanäle oder Fühningsbahnen 146 eingreifen. Die Mt nehmerrollen 144 weisen zylindrische Außenflächen 148 auf, die. wie in Vorbindung mit den and« en Ge- !snkausbildungsformen beschrieben. {;icht ballig ausge-

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führt scm können. In ähnlicher Weise sind cltc Munch mcrrollcn 144 Über jeweils eine zusammengesetzte Lageranordnung 196 drehbar und allseitig schwenkbar (kippbar) an drei Zapfen aufgenommen, die als Gruppe mit 154 bezeichnet sind. Jeder der Zapfe.· weist eine zylindrische Stützfläche 158 auf. Die drei Zupfen sind starr mit dem Zapfenlager 128 des Gclcnkinncntcils 122 verbunden, beispielsweise, wie in der Zeichnung gezeigt, durch einstückige Ausbildung mit dem Zapfenlager und so. daU die £apfcnachscn mit gicicn groucm Winkclubsland vnn 120" angeordnet s'.nd und eine Ebene bilden, die zur Achse X des (iclcnkinncntcils 122 normal vcnauft. Die Fuhrungsbahncn sind zu einer Achse Y des GclenkauOcntcils 124 symmetrisch angeordnet.

Die zusammengesetzte Lageranordnung 156 ist eine weitere Ausbildungsform einer lageranordnung /ur drehbaren und allseitig schwenkbaren Anbringung der Mitnchmcrrollcn an den Zapfen des Gclcnkinncnieik. Zu jeder zusammengesetzten Lageranordnung 156 gehört ein inneres Wälzlager in Ausführung als Nadellager 170 mit einer Vielzahl von Nadeln 172. sowie ein äußeres, sphärisches Wälzlager 174. Die beiden Lager 170 und 174 sind durch einen ringförmigen Siut/korpcr 176 voneinander getrennt, dessen zylindrische Innenfläche 178 die äußere Laufbahn des Nadellagers 170 bildet. Als äußere Laufbahn de« Nadellagers dient die /y lindrischc Stützfläche 158 des jeweiligen Zapfens 154. Jeder der Stützkörper 176 ist zwischen einer ringförmigen Schulter !79 a:n Übergang /wische» dem /dpfcn !54 und dem Zapfenträger 128 und einer Sichcrungs scheibe !S! 2Ρ"^Λ*^ν"'ί!^Α| ''·* VO" ··»!»«*·!* VfAorrina 181 in Lage gehalten ist. welcher in cmc Nut am äußeren Ende des jeweiligen Zapfens 154 eingesetzt ist. Die Anordnung ist so getroffen, daß der StUlzkörpcr 176 vom Nadellager 170 in Art eines Walzlagers (reibungsarm) drehbar abgestützt ist.

jedes der sphärischen Wälzlager 174 weist eine Vielzahl von tunncnförmigcn Lagcrrollcn 185 a if. die in Längsrichtung hintereinander in vier im wesentlichen ringförmigen Reihen angeordnet sind, die um den Außenumfang de. ringförmigen Stützkörpcrs 176 herumführen. Die tonncnformigcn Rollen 185 sind in Vierergruppen in mit entsprechender Gestalt ausgeführten Nuten 187 aufgenommen, die um ein Zentrum herum angeordnet sind, welches sich im Mittelpunkt der Zylinderachse des Stützkörpcrs 176 befindet. Sie bilden somit eine Vielzahl von inneren Laufbahnen für Vierergruppen von tonncnformigcn Rollen 185. F.inc allen lonnenförmigcn Rollen gemeinsame äuUcrc laufbahn stellt eine sphärisch ausgebildete Innenfläche 150 jeder Miinehmerrollc 144 dar. Zum sphärischen Walzlager 174 gehören weiterhin zwei Federringe IOT. die in Anordnung und Aufgabe den Federringen 118 der in F i g. 7 und 8 dargestellten Lagerausbildungsform 106 gleichen.

ledc Miinehmerrollc 144 ist daher rm einer zusammengesetzten Lageranordnung 156 drehbar in einer unveränderlichen axialen Stellung am zugehörigen Zapfen 154 angebracht und gleichzeitig in dieser Lage auch allseitig schwenkbar aufgenommen.

Die Führungsbahnen 146 des Gelenkaußcnicils 124 sind von zwei ebenen parallelen Fuhrur.gsfiächen 184 gebildet, die die jeweilige Mitnehmcrrollc 144 crvr umschließen, jedoch auch einen leichten Laufsitz, schaffen, •o daß jede der zylindrischen Außenflächen 148 der zugehörigen Mitnehmerrolle 144 gleichzeitig nur an einer der Führungsflächen 184 der Führungsbahn angreift.

Die Fuhrungsbahncn 146 gleichen in Gestalt und Anordnung den Führungsbahnen 46 der weiter oben beschriebenen Ausiuhrungsbcispiele, ausgenommen, daß sie. wie aus der Zeichnung zu erkennen, beträchtlich S kürzer sind, da das Glcichgnng-Universalgclenk 120 dieses Ausfuhrungsbcispicls so ausgebildet ist, daß ein maximaler Gclcnkanstcllwinkcl von nur etwa 20° aufgenommen wird, und das das Gelenk 120 ein axial nicht verschiebbares Gelenk ist. so daß längere Führungs bannen nicni criurucrncn sind, rviu Aum'uiiiiic uci mein vorhandenen relativen Axialverschiebung arbeitet das

Gelenk 120 in exakt der gleichen Weise wie die zuvor

beschriebenen Gelenke 20 und 2(M.

Um zwischen dem Gclcnkinncntcil 122 und dem Ge-

ij lcnkaußcnteil 124 relative Axialverschiebung zu verhindern, weist das Gelenk 120 eine a'lscilig bewegliche Schwenkzapfenanordnung 220 auf. Zu dieser gehört ein Schwenkzapfen 222 mit einem einstückig ausgebildeten sphärischen Kugelkopf 224. der allseitig schwenkbar in

ίο einem mit entsprechender Gestalt ausgeführten tcilkugchgcn Sockel 226 gcnaltcn ist, welcher in einem Sokkcltragcr 228 ausgebildet ist. Der Sockclträger ist beispielsweise mit einem Federring 230 starr in ?iner offenen Höhlung 232 aufgenommen, welche am axialen

2j Ende der Welle 126 des Gclcnkinnentcils 122 ausgebildet ist. Aus der Zeichnung ist /u erkennen, daß der Federring 230 auch /ur Befestigung der Welle 126 im Zapfenlager 128 beiträgt.

Mt dem Schwenkzapfen 222 ist einstückig ein An-

jo vi-hluUsiuck 233 verbunden. ct:>s lose an einen Mitteileil einer Metall·! hiiltcrung 2M angeschlossen ist, welche ilirrrsuiK drei inn ihr einstückig ausgebildete Ansätze aufweist, die in entsprechenden Nuten 236 befestigt sind. Die Nuten 236 sind zwischen einander benachbar-

3$ ten Paaren von Fuhrungsflachen I8⁴ im Führungsbahntrager 136 des Gelcikaußcnteils 124 ausgebildet. Das Anschlußstück 233 des Schwenkzapfens 222 kann mit zwei Federringen 238 lose an der Halterung 234 angeschlossen sein, wobei, wie in der Zeichnung zu erken- ncn. die Federringe 238 in mit axialen Zwisclienabstand angeordnete Nuten eingesetzt sind. Der Abstand zwischen den Federringen und den Nuten ist so gewählt, daß der Schwenkzapfen 222 in axialer Richtung über ein (nicni gezeichnetes) geringes Spiel verfügt.

Die Ausbildung der Schwenkzapfen» iioidiung 220 ist so gewählt, daß die Achse des Schwcnkzaplonc """2 mit der Achse IT des Gclenkaußenicils 124 zusammenfällt, wenn der Gclenkansicllwinkcl 0° beträgt. Bei von 0" abweichendem Gelenkansiellwinkel gestattet das

so durch die Anbringung des Schwenkzapfen 222 an der Näherung (Flansch) 234 erhaltene Axialspiel eine Kreis- oder Taumelbewegung der Mittelachse des Kugelkopfes 224 gegenüber dem GclcnkiuLJcnicil 124. wenn dieses und das Gclcnkinncntcil 122 bei Drehung

5j des Gelenkes 120 untereinander eine relative Taumelbewegung oder Kreisbewegung ausführen. Gleichzeitig verhindert jedoch die Schwenkzapfenanordnung relative Axialverschiebung zwischen den Gelenkteilen 122 und 124.

to Es kann in bestimmten Anwendungsfällcn des in F i g. 9 und IO dargestellten Gelenkes zweckmäßig sein, diesem eine begrenzte Axialverschiebung zu geben. Dies ist ohne weiteres möglich durch Vergrößern des axialen Absiandes zwischen den Fjdcrringen 2% und

6s ihren Nuten, um auf diese Weise den gewünschten Betrag relativer Axialverschiebung zwischen den Gelenkteilcn 122 und 124 zu erzielen. Somit ist die maximal mögliche Axialverschiebung zwangläufig festgelegt

7331373 25.0176

Um das Eindringen von Wasser u.id Schmul/ und Schmiermiitclverlust zu verhindern, kann äas Gelenk 120 mil einer Schmulzdichtungsanordnung 240 versehen sein. Diese kann beliebig ausgebildet scm und kann beispielsweise ehr Sicherungsblech 242 aufweisen, das S an einer flexiblen Manschette 244 befestigt ist. Die Manschette 244 ist mit den? Umfang der Welle 126 des Gelenkinnenteils 122 verbt nden. während das Sicherungsblech 242. wie aus der Zeichnung zu erkennen, drehbar und abdichtend um den AuiSenumfang des Führungsbahnträgers 136 des GelenkauBentcils 124 herum angeordnet ist. Eine (nicht gezeichnete) ähnliche Schmutzdichtungsanordnung kann für das Gelenk 20 entsprechend F i g. 3 und 4 und das Gelenk 2OA entsprechend F i g. 5 und 6 vorgesehen sein.

Das dargestellte spezielle Gelenk 120 ist bestimmt zur Verwendung als das innere von zwei hintereinander angeordneten Gelenken in einem in F i g. 15 bis 17 gezeigten Vorderradantrieb für esn Kraftfahrzeug wobei als /.weites Gelenk ein Gelenk 20 vorgesehen ist. mit dem das Gelenk 120 somit in Größe und Drehmomentbclastbarkeit vergleichbar ist.

Es sei darauf hingewiesen, daß an Stelle des Gelenkes 120 das Gelenk 20 oder das Gelenk 204 mit einer der Schwenkzapicnanordnung 220 ähnlichen allseitig beweglichen Schwenkzapfenanordnung versehen sein könnte. In diesem Fall wäre das abgewandelte Gelenk 20 oder 20/4 nicht mehr ein Gelenk mit Axialverschiebung, sondern ein axial nicht verschiebbares Gelenk. Dies kann beispielsweise bei der Fertigung eines Vordcrrad-Aniriebsystenis zweckmäßig sein, um fur die inneren und äußeren Gelenke die Austauschbarkeit der Bauteile zu gewährleisten.

Wenngleich bei allen in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbcispiclcn zur drehbaren Anbringung Jcr Mitnehmerrollen an den jeweiligen Zapfen Wälzlager vorgesehen sind, leuchtet es ein. daß an ihrer Stelle Gleitlager eingesetzt sein können, insbesondere dort, wo die Kosten einen kritischen Faktor darstellen. Beispielsweise könnten die Nadellager 70 bei dem Ausfuhrungsbcispicl gemäß F i g. J und 4 durch Bronzebuch· sen crset/t sein, die fest mit den |ΐ·\νeiligen Zapfen 54 verbunden wären, wobei die zylindrischen Slülzflächct 78 der Stutzkörper 76 mit geringem Spiel in Art eines Gleitlagers an den Rron/ebüch.cn angeordnet waren. F.ine andere Möglichkeit bestunde dann, die Stutzkorpcr 76 unmittelbar an den jeweiligen Zapfen 54 fest anzubringen, so daß sowohl Drehung als auch allseitiges Kippen der Mitnchmcrrolicn 44 von den sphärischen Gleitlagern 74 aufgenommcii wurden Dies lauft tatsächlich darauf hinaus, die Wnl/Iagcranordnungcn 96 des in F i g. 5 um) 6 dargestellten Beispiels gegen sphärische Gl?itlagcranordnungen zur Aufnahme sowohl von Drehung als auch allseitiger Kippbcwcgung der Mitnehmcrrollen 44 auszutauschen An Stelle von Bronze könnte jeder beliebige Gleitliigcrwckstoff vcr wendet sein, beispielsweise Lagcrwcißinctall. Graphitbronze, sclbstschmicrendc Bronze oder ein reibungsarmer. Mechanisch hochfester Kunststoff, wie 2. B. Tetrafluoräthylen.

Fig. 12 und 13 sind als vereinfachte Skiz/en dazu gedacht, das Verständnis der Arbeitsweise der Drei-Rollcn-Glcichgang-Gclcnkc zu erleichtern. Diese Zeichnungen stellen die relative Kreis- oder Taumelbewegung der Achsen X und Kder Gclcnkleiie 22 und 24 6s bei Drehung des Univcrsalgclcnkcs 20 bzw. 20A dar. In F i g. 12 und 13 sind diese Achsen ihm einem willkürlich gewählten Gelenkanstellwinkel vnn 37" gezeichnet, der

dem auch in F i g. 3 und 5 dargestellten Beugungswinkel entspricht. Die Kreis- oder Taumelbewegung ist bei dem in F i g. 9 bis 11 dargestellten Ausführungsbeispiel des Gelenkes von gleicher Art. insofern als die Schwenkzapfenanordnung 220 für die notwendige Flexibilität sorgt, so daß die nachfolgende Erklärung auch für dieses Beispiel gilt.

In F i g. 12 und 13 ist. wie in F i g. 3 und 5, die Achse X des Gelcnkinncntcils 22 willkürlich als die nicht taumelnde Achse gewählt, so daß die Kreis- oder Taumelbewegung in der Achse Y des Gelenkaußenteils 24 liegt. Beide Achsen sind als nicht taumelnde und als kreisende oder taumelnde Achse gegenseitig austauschbar. Die Kreis- oder Taumelbewegung ist infolge der bei Drehung des Gelenkes ständig sich verändernden Lage der Mitnchmcrrolicn 44 in den Führungsbahnen 46 erforderlich. Die Größe der Taumel- oder Kreisbewegung nimmt von Null bei einem Gelenkan-UeH winkel von 0° ausgehend m einer geo:r einsehen Reihe zu.

Wie in F i g. 12 und 13 zu erkennen, erfolgt <lie Kreisoder Taumelbewegung um ein Gelenkzentrur Zan der Schnittstelle der Achse X des GelenkinnenteiL 22 mit einer durch die Achsen der drei Zapfen 54 festgelegten Ebene. Die Achse Vdcs Gclcnküußcnteils 24 taumelt in einer im wesentlichen konischen Bahn von einem Nullpunkt an der Welle aus. so daß der Nullpunkt den Scheitelpunkt der auf diese Weise erzeugten, im wesentlichen kegeligen Figur darstellt. Der Nullpunkt kann der Stelle eines (nicht gezeichneten) die Welle abstutzenden sclbsieinstellcnden (Pcndcl-)Lagers liegen oder ein neutraler Punkt an einer Welle sein, welche an beiden Enden Universalgelenke aufweis! Der mittlere Gclcnkanstcllwinkcl 'st somit der Winkel zwischen der Achse X und einer ■ um Nullpunkt zum Gelenkzentrum Z gezogenen Linie, die die Kcgelachse der Bahn der taumelnden Achse Y bildet.

Die in der Zeichnung dargestellte »Kreisbahn« ist die von der Achse V an einer zu dieser Achse im wesentlichen normalen Ebene beschrieben wird, wobei die F.bcnc in das Gclcnk/cnlrum Zgelegt im Diese Kreisbahn ist im wesentlichen kreisrund und ihre maximale Versci/ung bestimmt die Größe der Kreisbewegung um das Gclcnk/cnlrum / Die Große der Kreisbewegung fur eine bestimmte Gclcnkauslcgung ist durch den minieren Gelenk.insiellwiiikel bestimmt und von der Lage des Nullpunktes unabhängig.

Eine ungefähre Vorstellung vor de Größe der Kreisbewegung bei Gelenken 20 und 2OA mit der weiter ohen beschriebenen BaugroUe rrgibt sich aus der Angabe, d.ili die Achse Y bei uncm Gelenkanstellwinkel von J7° gegenüber dem Gelenk/cnirum 7, eine Versetzung von etwa 3.6 min erfahrt. Bei jedr-r beliebigen Gclcnkausbildung wachst die Große der Kreisbewegung in einer geometrischen Reihe von Null bei einem GclcnkansicHwinkcl von 0" .iiif ein Maximum bei dem durch die Konstruktion festgelegten maximalen Anstellwinkel an.

Wie zuvor beschrieben, führt eine Achse bei jeder vollen Umdrehung von JbO° der Achsen eine dreimalige Taumel- oder Kreisbewegung gegenüber der anderen Achse aus. Die in f i g. 12 und 13 gezeigte Kreisbahn wird somit bei jeder vollen Umdrehung des Gelenkes dreimal beschrieben, odci mit anderen Worten, bei jeder Drehung des Gelenkes um 120" kommt eine 360"-Kreisbewegung zustande.

Nun w.rd verständlich, daß sich zwar der mittlere Gelcnkunsicllwinkcl bei einem beliebigen gegebenen

Verhältnis zwischen den beiden Gelcnktcilcn nicht verändert, daß jedoch der Momentan-Gclcnkanstellwinkel bei Drehung des Gelenkes in geringem Umfang veränderlich ist Der mittlere Gelenkanstctlwinkcl beim Beispiel entsprechend F i g. 3 ist der gleiche wie der mittlere Gelenkanstellwinkel beim in F i g. 5 dargestellten Beispiel, jedoch ist der Mumentan-Gelenkanstellwinkcl in F i g. 3 sehr wenig größer als dejjjn F i g. 5. Dies liegt daran, daß die Achse Vdes Gelenk ~j3enteils 24 sich im oberen Punkt ihrer Kreisbahn befindet, wenn die Zapfen 54 die in F i g. 3 gezeigte Stellung einnehmen, daß sie aber durch den unteren Punkt ihrer Kreisbahn geht, wenn für die Zapfen 54 die in F i g. 5 gezeichneten Stellungen zutreffen. Daraus ergibt sich, daß bei Stellung der Zapfen um 30° weg von den in F i g. 3 und 5 gezeichneten Stellungen der Momcntan-Gclenkansiellwinkel dem mittleren Gclenkanstellwinkcl gleich ist (wenn er diesem an der Gelenkebene überlagert ist). Es leuchtet jedoch ein, daß in dieser Stellung die Achse Y die Achse X nicht tatsächlich schneide!, sondern vom Gelenkzentrum Z zur Seite hin versetzt ist.

Bei Drehung des gezeigten Gleichgang-Universalgelenkes mit winkelverlagerten Achsen beschreiben die Mitnehmerrollen eine Bahn, die nachfolgend mit »Rollenweg« bezeichnet ist. Rollenwegc bei drei verschiedenen Gelenkanstellwinkcln von 20. 45 und 49° sind in Fig. 14 dargestellt. Die gezeichneten Rolleriwege sind die Bahnen, die ein Kreis am balligen Mittelpunkt der zylindrischen Übertragungsfläche (Außenfläche) 48 jeder Mitnehmerrolle 44 beschreibt, wenn er bei einem bestimmten Gelenkanstcllwinkel an einer ebenen Füh rung (fläche 84 einer Führungsbahn 46 abrollt. Bei der axialen nicht verschiebbaren Ausbildungsform entsprechend F i g. 9 bis ! 1 wird ein Roücnwcg der gleichen Art beschrieben, so daß der 20°-Rollenweg für dieses Beisp.el ebenso gültig ist.

Praktische Versuche zeigen, daß die Mitnehmerrollen echten Rollbahnen (Abrollbahncn) folgen, die die in Fig. 14 gezeigten Rollen weg beschreiben. Die Rollenweg? sind keine Kreissegmente, sondern an ihrem Mittelteil stärker gekrümmt als an jeder Seite. Der Punkt des größten Abstandes von der Achse Vdcs Gelcnkaußenteils erscheint bei jeder vollen 360"-Drehung des Gelenkes für jede Mitnehmcrrolle zweimal, d. h. jedesmal wenn die Achse eine bestimmten Zapfens senkrecht zur Gelenkcbenc Mehl. Dieser größte Absland wächst mit zunehmendem Gelenkanstcllwinkel. da er dem »Drehmomentarm«, d. h. dem Abstand zwischen dem Gelenk/en ι mm Z und dem Mittelpunkt der sphärischen Kippbewegung einer Miinchmerrolle, zuzüglich dem Radius der Kreisbahn (Kreisbewegung) gleich ist Die Länge und der maximale Abstand des ftollcnwcgcs nimmt mit ansteigendem Gclcnkanstcllwinkel /u. da der Weg der Rolle und der maximale Abstand sich vergrößern. Dies ist bei einen» fi'r hohe Drchmomenibela· stungen ausgelegten Gelenk von Vorteil, da der maximale Druck zwischen den Mitnchmcrrollni und den Führungsbahnen bei unterschiedlichem Gclcnkansicllwinkel in verschiedenen Vcrschlcißfcldcrn (Verschlcißmustern) auftritt.

Bei den axial verschiebbaren Ausbildungsformen treten die Rollenwege in Abhängigkeit von der Axialverschiebung an den Führungsflächen 84 in verschiedenen axialen Stellungen auf. Sie sind jedoch, unabhängig von der axialen Stellung, für jeden gegebenen Gclenkanstellwinkcl gleich.

Fig. 15 bis 17 zeigen ein in seiner Gesamtheit mit 250 bezeichnetes Kraflfahrzcug-Vordcrrad-Antriebsy- /H)

stern, bei dem das gezeigte Drei-Rollen-Gleichganggelenke verwendet sind. Das Antriebssystem weist als die inneren Gelenke des Systems zwei axial nicht verschiebbare Universalgclcnke 120 und als äußere Gelen-S kc zwei Univcrsalgelcnkc 20 mit Axialverschiebung auf. Die inneren Gelenke J20 nehmen das Anlriebsmomenl vom (nicht gezeichneten) Fahrzeugmotor und von einer (nicht gezeichneten) Kraftleitung auf, die mit den beiden Gelenken 120 über ein herkömmlich ausgebiideles Differentialgetriebe 252 verbunden sind. Die (nicht gezeichneten) Abtriebsclcmente des Differentialgetriebes 252 sind so angeschlossen, daß sie entweder die Gelenkinnenieilc 122 oder die GelcnkauDenteile 124 der axial nicht verschiebbaren Universalgelenke

is 120 antreiben. Jedes der inneren Gelenke 120 ist mit seiner Welle 126 oder 138 über eine starre Verbindung an die Welle 38 eines äußeren Gclenkev Λ angeschlossen. Bei Bedarf können die Wellen einstückig ausgebildet sein. Die Gclcnkinncntcilc 22 der äußeren Gelenke

ao 20 sind ihrerseits starr mit den lenkbaren Vordertriebrädern 254 eines Personenkraftwagens oder eines anderen Kraftfahrzeuges verbunden.

Wie im Kraftfahrzeugbau üb'ich, sind das Differentialgetriebe 252, der Fahrzeugmotor und die Kraftleitung am (nicht gezeichneten) Rahmen des Kraftfahrzeuges abgestützt und bilden somit Teil des abgefederten Gewichtes. Die Triebräder 254 rollen an der Fahrbahnobcrflächc ab und sind über (nicht gezeichnete) Federn und Stoßdämpfer mit dem Aufbau des Fahrzeuges verbunden und bilden somit Teil des ungefederten Fahrzeuggewichtes. Befährt ein mit dem Vorderradantriebsystem ausgestaltete Kraftfahrzeug eine normale Straße oder eine Schnellstraße, rollen die vorderen Triebrader 254 an der Oberfläche der Fahrbahn ab. Das vom Fahrzeugmotor abgegebene Drehmoment wird über die Kraftlcitung und von dorl über das Di'^rerentialgctricbc 252 auf die Triebräder übertragen. Beim Befahren einer schwächeren oder stärkeren Fahrbahnkrümmung gestattet das Diffdrcntialgetriebe 252 eine schnellere Drehung des in der Kurve äußeren Rades. Bei Gcradcausfahri laufen die Räder mit dar gleichen Geschwindigkeit um. Die Arbeitsweise ist insoweit herkömmlich.

F i g. 15 erläutert mit einer Draufsicht auf das Vordcrrad-Antricbsystcm 250 die Lenkung der Vorderräder 254. Mit einer (nicht gezeichneten) Lenkvorrichtung, die mit dem Lenkrad des Frbzeuges betätigt wird und über (nicht gezeichnete) Verbindungsglieder auf d". Vorderräder 254 wirkt, werden die beiden Räder gleichzeitig aus einer 0°-Stellung bei Geradeausfahrt des Fahrzeuges in einen maximalen Drchwinkcl ve^r-MeIIt, der bis zu 40° betragen kann. Die maximalen SchwcnkMcllungcn der beiden Räder in beiden Richtungen sind in Fig. 15 ihm unterbrochenen Linien dar-

$5 gestellt. Das Schwenken der Räder wird an den äußeren Universalgclcnkcn 20 aufgenommen. Gleichzeitig kann vom Fahrzcugmotor Aniricbsdrehmomcnt auf die Räder übertragen werden. Außerdem kann bei nicht betätigtem Gaspedal des Fahrzeuges umgekehrtes

6e Drehmoment von den Rädern zurück auf den im Leerlauf arbeitenden Motor übertragen werden, wobei der im Leerlauf arbeitende Motor zur Verlangsamung des Fahrzeuges benutzt wird.
Während die Vorderräder 254 des Vorderrad-Antricbsystcms 250 angetrieben und gelenkt werden, nimmt die Radaufhängung des Fahrzeuges Unebenheiten der Fahrbahn auf, indem sie eine Höhenverstellung der Räder durch Ein- und Ausfcdcrn gestattet. In

Fig. 16, die eine Ansicht des Vorderrad-Antriebsystems 250 von vorn zeigt, ist mit gestrichelten Linien dargestellt, in welcher Weise die Triebräder 254 sich nach oben und nach unten bewegen können, wobei die inneren Gelenke 120 und die äußeren Gelenke 20 Ein- und Ausfederungen von jeweils 20° gegenüber der mit durchgezogenen Linien dargestellten mittleren, neutralen Stellung aufnehmen müssen. Dabei müssen die Abstände zwischen den einander zugeordneten inneren und äußeren Gelenken 120 bzw. 20 wechseln. An jeder Fahrzeugseite muß daher wenigstens eines der Gelenke in der Lage sein, relative Axialverschiebung aufzunehmen, oder es muß andernfalls an jeder Verbindungswelle zwischen den Gelenken irgendwo ein herkömmliches Schiebe-Vielkeilprofil vorgesehen sein. Fig. 16 zeigt den Extremzustand, in dem die Räder durch die Aufhängung in eine geradlinige Aufwärts- und Abwärtsbewegung beim Hin- und Ausfedern gezwungen werden, s> daß die der Welle aufgezwungene Winkelstellung von beiden Gelenken aufgenommen werden muß. Bei vielen, wenn nicht bei allen Kraftfahrzeugen können sich die Räder»zumindest teilweise schrägstellen (den Stutz ändern), so daß die aufgezwungene Winkelstellung (der Welle) wenigstens am äußeren Gelenk kleiner ist.

Wie zuvor beschrieben, können die axial verschiebbaren äußeren Gelenke 20 auf diese Weise beim Einbzw. Ausfedern der Triebräder Abstandsunterschiecle aufnehmen. Die inneren Gelenke 120 können daher ohne Axialverschiebung ausgebildet sein, entsprechend der weiter oben beschrieber en Au.-'yildungsform.

Mit den gezeigten Gleichjanggelenken, mit denen Gelenkanstellwinkel von etwa 50° e> ;ichbar sind, war es möglich, Drei-Rollen-Gelenke als äußere oder die Lenkbewegung mitmachende Gelenke eines Vorderrad-Antriebsystems vorzusehen. Bei dieser Anordnung wird die mit den Triebrädern verbundene ungefederte Trägheitsmasse verkleinert, so da8 ein ruhigeres Fahren möglich ist. Ferner ist es nicht mehr notwendig, die Mitnehmerrollen des Gelenkes unter einem Winkel gegen die Führungsbahnen anzutreiben, wenn sich die Triebräder beim Ein- und Ausfedern aufwärts und abwärts bewegen. Dies wird besonders deutlich beim Vergleich zwischen dem in Fig. 17 dargestellten System und einem derzeit serienmäßigen Vorderrad-Antriebsystem entsprechend F i g. 18.

Wie in Fig. 18 zu erkennen, werden im gebräuchlichen herkömmlichen Antriebssystem axial verschiebbare innere Gelenke 321 verwendet, die als »Tripod«-Gelenk ausgebildet sein können, und die mit axial nicht verschiebbaren äußeren Gelenken 323 zusammenwirken. Die inneren Drei-Rollen-Gelenke 321 weisen Ge-Ienkau3enteile 325 auf, die unmittelbar an das Differentialgetriebe angeschlossen sind und somit alle Teile des abgefederten Fahrzeuggewichtes bilden. Jedoch sind die Gelenkir.nenteile 327 der inneren Gelenke 321, das äußere Gelenk 323 und die Verbindungswelle 729 alle unmittelbar mit den Triebrädern des Fahrzeuges verbunden und erhöhen somit die ungefederte Trägheitsmasse. Bei dem in Fig, 18 dargestellten herkömmlichen Antriebssystem nehmen daher die Triebräder in jeder Aufwärts· und Abwärtsbewegung beim Ein· bzw. Ausfedern alle diese Teile mit, so daß die ungefederte Massenlast beträchtlich vergrößert wird.

Der Unterschied zwischen dem beschriebenen Vorderrad-Antriebsystem und dem in F i g. 18 dargestellten herkömmlichen System wird bei Betrachtung von F i g. 17 deutlich, die eine im Maßstab vergrößerte und in mehr Einzelheiten gehende Ansicht einer Seite des in Fig. 16 gezeigten Antriebsystems darstellt Entsprechend Fig. 17 sind nur die Gelenkinnenteile 22 der äußeren Geienke 20 unmittelbar mit den Triebrädern 254

S verbunden. Die Gelenkaußenteile 24, die Verbindungsweiien und die inneren Gelenke 120 sind alle unmittelbar an das Differentialgetriebe 252 angeschlossen, das Teil des vom Fahrzeugaufbau getragenen abgefederten Gewichtes ist. Die ungefederte Trägheitsmasse ist beim

■ο beschriebenen Antriebsystem daher in bedeutendem Umfang verringert.

Als weiterer Unterschied ergibt sich beim in F i g. \7 dargestellten Antriebssystem, daß das Gelenkaußenteil 24 jedes äußeren Gelenkes 20 Ein- und Ausfedern jedes

ij Triebrades zuläßt, ohne daß die Mitnehmerrollen 44 gegen irgendeine Schräge bewegt werden müssen. Aus F i g. 17 ergibt sich, daß bei Bewegung des Rades aus der gestrichelt gezeichneten Mittelstellung heraus in die mit durchgezogenen Linien dargestellte äußerste

iö untere Stellung die Mitnehmerreüen sich in den Führungsbahnen 46 in einer zur Achse Kdes Gelenkaußenteils stets parallelen Richtung verstellt haben.

Bei dem herkömmlichen Vorderrad-Antriebsystem entsprechend F i g. 18 müssen die Mitnehmerrollen 331 der inneren Gelenke 321 jedesmal, w«;nn die Achse jeder Mitnehmerrolle im wesentlichen senkrecht zur Gelenkebene steht, gegen de geneigten Führungsbahnen 333 unter einem Winkel angetrieben werden, der dem Gelenkanstellwinkel im wesentlichen gleich ist. Dies geschieht bei jeder 360° -Umdrehung der Triebräder sechsmal. Ähnlicn ist es, wenn der Motor zum Bremsen benutzt und das Drehmoment umgekehrt wird. Dabei werden bei Winkelverlagerung des inneren Gelenkes sechs Impulse vom Gelenkinnenteil auf das Gelenkau ßenteil übertragen. Daher wird bei dem Vorderrad-An triebssystem herkömmlicher Ausbildung entsprechend Fig. 18 zusätzliches, pulsierende' Drehmoment benötigt, um die Triebräder anzutreiben, wenn das Rad eine Ein- oder Ausfederungsbewegung ausgeführt hat.

Außerdem drängen die Räder bei jeder Radumdrehung dem Motor sechs Impulse auf, wenn der Motor als Bremse benutzt wird und wenn sich die Räder in einer anderen als der auf das Ein- und Ausfedern bezogenen Mittelstellung befinden.

Zusammenfassung

Universal-Antriebsverbindung mit wenigstens einem Drei-Rollen-Gleichgang-Universalgelenk mit einem Zapfenteil (Gelenkinnenteil) und einem Führungsbahnenteil (Gelenkaußenteil). Das Gelenkinnenteil trägt drei an jeweils einem Zapfen drehbar und allseitig kippbar aufgenommene Mitnehmerrollen. Die Zapfen sind mit gleichem W ikelabstand starr angeschlossen, wobei ihre Achsen in einer zur Drehachse des Gelenkinnenteils senkrechten Ebene liegen. Jede der Mitnehmerrollen weist eine im wesentlichen zylindrische Außenumfangsfläche auf, die mit engem Wälzeingriff in einer von drei im Gelenkaußenteil mit gleichem Win-ίο kelabstand ausgebildeten Führungskanälen oder Führungsbahnen angeordnet ist. Jeder der Führungskanäle ist von zwei sich gegenüberliegenden parallelen, ebenen Flächen gebildet, die ebenfalls zur Achse des Gelenkaußenteils parallel verlaufen. Bei Drehung der bei-6s den Gelenkteile unter Antriebsbedingungen mit winkelverlagerten Achsen rollen die Mitnehmerrollen mit ihren Umfangsflächen an den Flächen der Führungskanäle ab und führen außerdem an ihren Zapfen je nach

Bedarf eine allseitige Kippbewegung aus, um relative Kreisbewegung der Mittelachsen d|r Gelenkteile zueinander aufzunehmen. Es ergibt sich-cin Antrieb mit gleichförmiger Bewegungsübertragung bei hoher Drehmoinentleistung unter dem beliebigen Gelenkanstellwinkel zwischen 0° und etwa 50°. Das Gelenk kann mit relativer Axialverschiebung der Gelenkteile ausgebildet sein. Bei Bedarf itann das Gelenk axial nicht verschiebbar gemacht werden. In der axial verschiebbaren

Ausbildungsform wird die Axialverschiebung im Gslenkaußenteil aufgenommen, um axiale Kräfte auszuschließen, die sonst durch axiales Verschieben des Gelenkinnenteils hervorgerufen wOH-n. Die Gelenke S selbst sind einzeln verwendbar oder Können, zur Erzielung eines vollständigen Universalantriebes, in Gruppen zu zwei oder mehreren Gelenken hintereinandergeschaltet werden.

Schutzansprüche

1. Gleichgang-Universa.¹ gelenk des Tripod-Typs mit in axialen Führungsflächen schwenkbar und vorzugsweise axial verschiebbar geführten Mitnehmerrollen, die auf den Zapfen des Tripod drehbar gelagert sind, dadurch gekennzeichnet , daß jede Mitnehmerrolle (44; 144) gegenüber dem Tripod (22; 122) pllseitig schwenkbar und in unveränderlichem Abstand von der Kupplungsachse (X) angeordnet ist.

2. Gleichgang-Universalgelenk nach Anspruch 1, dadurch g ekennzeichnet , daß jede Mitnehmerrolle (44;144) eine im wesentlichen zylindrische Außenfläche (48;148) aufweist, die an den entsprechenden Führungsflächen (84;184) abrollt.

3. Gleichgang-Univarsalgelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß jede Mitnehmerrolle (44) über pin sphärisches Lager (74) schwenkbar auf dem zugehörigen Zapfen (54; 154) abgestützt ist.

4. Gleichgang-Universalgelenk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß jede Mitnehmerrolle (44;144) mit einer hc/hlkugeligen Innenfläche über tonnen- oder kugelförmige Wälzlager (98; 108J in gleicher Weise schwenkbar und drehbar auf dem zugehörigen Zapfen (54) abgestützt ist.

Claims (4)

Schutzansprüche

1. Gleichgang-Universalgelenk des Tripod-Typs mit in axialen

Führungsflächen schwenkbar und vorzugsweise axial verschiebbar geführten Mitnehmerrollen, die auf den 7.apfen des Tripod drehbar geLagert sind, dadurch
gekennzeichnet ,
daß jede Mitnehmerrolle (44;
144) gegenüber dem Tripod (22; 122) allseitig schwenkbar und
in unveränderlichem Abstand von der Kupplungsachse (X) angeordnet ist.

2. Gleichgang-Universalgelenk nach Anspruch 1, dadurch g ekehnzeichnet , daß
jede Mitnehmerrolle (44;144)
eine im wesentlichen zylindrische Außenfläche (48;148) aufweist, die an den entsprechenden Führungsflächen (84;184)
abrollt.

3. Gleichgang-Universalgelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß jede Mitnehmerrolle (44) über ein sphärisches Lager (74) schwenkbar auf dem zugehörigen Zapfen (54; 154) abgestützt ist.

4. Gleichgang-Universalgelenk nach Anspruch 3y dadurch gekennzeichnet , daß jede Mitnehmerrolle (44;144) mit einer hohlkugeligen Innenfläche über tonnen- oder kugelförmige Wälzlager (98; 108) in gleicher Weise schwenk bar und drehbar auf dem zugehörigen Zapfen (54) abgestützt ist.

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